整體葉輪銑削加工彈性變形預測及誤差補償研究.pdf

1、整體葉輪采用一體式結(jié)構(gòu)，不僅可以減少發(fā)動機的零件數(shù)量，而且在很大程度上提高了發(fā)動機的性能，因此在航空、航天領(lǐng)域得到了廣泛應用。整體葉輪通常是利用多軸聯(lián)動數(shù)控銑削方法加工成型。由于整體葉輪的葉片多為薄壁結(jié)構(gòu)，所以在數(shù)控銑削過程中易受到切削力作用發(fā)生彈性變形，進而產(chǎn)生加工誤差。薄壁葉片加工誤差控制一直以來都是實現(xiàn)整體葉輪精密加工的關(guān)鍵和難點。加工過程物理仿真技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展為解決上述問題提供了有效手段，但尚有許多研究工作亟待開展。為此，

2、本文圍繞提高整體葉輪薄壁葉片加工精度問題，對整體葉輪幾何造型實現(xiàn)、無干涉刀位軌跡生成、多軸變工況條件下銑削力預測、自由曲面薄壁葉片彈性變形量計算以及加工誤差補償方法等內(nèi)容進行了深入研究和探討。
　　對整體葉輪幾何造型實現(xiàn)以及刀位軌跡生成方法進行了研究，為后續(xù)研究工作的開展奠定了基礎(chǔ)?；贐樣條技術(shù)給出了曲面延伸、曲面偏置、曲面裁剪、曲面間圓角過渡的實現(xiàn)算法，用于完成整體葉輪的幾何造型。在此基礎(chǔ)上，進行了半開式整體葉輪數(shù)控銑削加工工

3、藝流程設(shè)計，給出了粗加工刀具尺寸選擇、過切現(xiàn)象避免以及粗加工分層實現(xiàn)等關(guān)鍵問題的解決方法。建立了相鄰刀觸點間弦高誤差計算模型，提出了一種自適應步長法完成了刀位軌跡規(guī)劃工作，利用直接距離法實現(xiàn)了刀位干涉檢查與修正，并針對雙轉(zhuǎn)臺式五軸數(shù)控機床討論了后置處理算法。
　　對整體葉輪自由曲面薄壁葉片點銑加工過程中銑削力預測方法進行了研究。提出了一種瞬時參與切削刀刃微元的判定算法，用于確定瞬時銑削力模型中積分公式上下限，完成了瞬時銑削力的預測

4、。該判定算法涉及到兩個關(guān)鍵問題:一是數(shù)控銑削加工過程中刀具掃描體的求解;二是工件曲面Z-map模型的建立與更新。提出了一種五軸數(shù)控銑削加工過程中刀具掃描體的求解方法:先根據(jù)包絡(luò)理論在刀位點處推導出包絡(luò)輪廓線方程，然后再用B樣條方法對刀位軌跡上所有刀位點處的包絡(luò)輪廓線進行曲面擬合，進而獲得刀具掃描體曲面。利用直線與自由曲面的求交算法實現(xiàn)了工件曲面和刀具掃描體曲面Z-map模型的建立，將兩個Z-map模型進行布爾運算完成了工件曲面Z-map

5、模型的更新。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)自由曲面薄壁葉片點銑加工刀位特點，建立了一個考慮刀具傾角因素的平均銑削力經(jīng)驗公式，設(shè)計了多因素正交試驗，進而對經(jīng)驗公式中的銑削力系數(shù)進行了標定，并對葉片五軸數(shù)控銑削加工過程中的銑削力預測結(jié)果進行了驗證。
　　對整體葉輪自由曲面薄壁葉片點銑加工過程中彈性變形量計算及誤差補償方法進行了研究?？紤]了銑削力與彈性變形之間的耦合效應，將切削深度，切削寬度和刀軸傾角三個切削因素作為迭代計算的反饋變量，建立了自由曲面

6、薄壁葉片點銑加工過程中銑削力與彈性變形量之間的迭代格式，利用Matlab和Ansys軟件集成實現(xiàn)了自由曲面薄壁葉片實例在各個刀觸點處彈性變形量的計算，預測了薄壁葉片實例的彈性變形規(guī)律。在獲得各刀觸點處彈性變形量的基礎(chǔ)上，對自由曲面薄壁葉片加工誤差離線補償方法進行了研究。首先給出了單次補償情況下殘余誤差的計算方法，然后應用鏡面補償法對自由曲面薄壁葉片實例進行了加工誤差補償量的迭代計算。
　　為了驗證本文方法的可行性和有效性，開展了整

7、體葉輪加工實驗、葉片測量實驗以及葉片加工誤差分析等工作。首先在雙轉(zhuǎn)臺式五軸聯(lián)動數(shù)控機床上完成了自由曲面葉型整體葉輪的加工實驗，選定兩個相鄰葉片作為實驗樣件，一個葉片是未進行補償情況下加工獲得的，另一個葉片是應用本文提出的方法進行誤差補償后加工獲得的;然后進行了整體葉輪葉片數(shù)據(jù)測量實驗，并利用逆向工程軟件Geomagic完成了葉片曲面的重構(gòu);最后通過對兩個葉片樣件曲面加工誤差進行對比分析，驗證了本文自由曲面薄壁葉片銑削加工彈性變形預測及誤